JP7100395B2 - 繊維を処理するための繊維処理装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、繊維、特にパルプを含む繊維混合物の繊維を処理するための繊維処理装置および方法に関するものであり、ここで、可動処理部材の第２処理面の一部のみが、繊維混合物に対して、第１処理面との関係で相対的に作用する。

織物用繊維、特に紙産業用繊維は、一般的に、紙などの最終製品が強度、表面品質、印刷性などに関して所望の特性を持つことができるように、後の使用のために扱われ、処理されなければならない。

特にリファイナーを用いた処理方法は、製紙業界で最もよく見かける。処理面の様々な配置が当業者には知られており、その処理面の間で繊維混合物の繊維をばらばらにする。処理面は、一般に、１本の歯、バー、歯列などを備えており、それらの間に溝やスロットなどが形成されている。このようなブレードで覆われた処理面や処理工具は、しばしば（処理）ユニットと呼ばれている。

処理中、繊維混合物は通常、処理面の間に押し付けられ、処理ゾーンで処理される。処理工具または処理面の配置に応じて、処理ゾーンは、一方のみが回転する回転処理面の間（例えば、シングルディスクリファイナーのロータ-ステータ配）、または互いに反対に回転する処理面の間（例えば、ダブルディスクリファイナー）で処理される。ドラム式やコーン式のような他の精製機もこの原理で動作する。分散などの同様の工程では、繊維を含む繊維混合物をリファイニング面、加工面、処理面に接触させる。

繊維の処理または加工は、それぞれのリファイニング面の刃、エッジなどの延設部間の圧力パルスによって行われる。繊維をより多くカット（粗いリファイニング）するか、より多くフィブリル化（より細かいリファイニング）するかは、専門家に知られている多くのパラメータに依存する。リファイニング工具の形状、リファイニングギャップや処理ゾーンの設定、ブレヒト・シューベルトに基づく比刃荷重、使用される繊維混合物の均質性に加えて、他の要素が、使用される繊維混合物のリファイニング強度および処理された繊維のそれぞれに影響を与える。

同時に繊維混合物を高い処理量で経済的なリファイニングまたは分離を確実にするために、これまでに知られている唯一の配置は、リファイニング表面および場合によっては隣接する第２処理面が繊維混合物と直接接触するものである。例えば特許文献１に開示されているようなダブルディスクリファイナーや、例えば特許文献２に開示されているようなドラムリファイナーの例を使用すると、これらは、回転するリファイニング表面を移動させるために非常に多くのエネルギーを消費しなければならない。さらに、ほとんどの公知の配置は、処理ゾーンにて処理される繊維混合物の供給を確実にするために圧力ハウジングを必要とする。すなわち、処理工程で使用する両リファイニング工具の可動処理部材全体を繊維混合物で加圧する必要がある。ほとんどの場合、シャフトなどの他の可動部も繊維混合物にさらされているため、使用されたエネルギーの一部は実際の繊維の処理に使用することができない。さらに、既知の装置は、繊維混合物の制御可能な供給および／または除去を確実にするために、複雑なシールソリューションを備えなければならないことが多い。さらに、既知の装置は、設計が非常に複雑であることが多く、使用される布やリファイニング工具が摩耗すると、メンテナンス作業のために常にシャットダウンを必要とするため、メンテナンスやサービス作業のために比較的高いコストがかかる。

ドイツ特許公報DE10066175B4 欧州特許公報EP2659061 B1

他のリファイナーの設計としては、「ダッチリファイナー」という用語で当業者に知られているものがある。これは、非加圧のドラム状のリファイニング面が繊維を含む懸濁液中に浸漬されている。しかし、連続運転ができないため、繊維混合物の処理能力は非常に低い。

本発明の目的は、先行技術の欠点を克服し、使用者が繊維を含む物質の繊維混合物の簡単で、安価で、信頼性が高く、特にエネルギー効率の高い処理または処理を行うことができる装置および方法を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、総エネルギー消費量、特に装置の動作中のアイドル電力を可能な限り低く保つことである。さらに、本発明は、僅かな調整だけで、異なるストック(繊維混合物)を処理するのに適しており、とりわけ、メンテナンス作業を実質的に短縮または低減する装置および方法を提示することを意図している。

上記目的は、請求項に記載の装置および方法によって達成される。

本発明に係る、繊維を含む繊維混合物中の繊維を処理するための処理装置、特にリファイナーは、吐出口を有し、繊維混合物を通過させるための少なくとも１つの吐出部を有し、吐出口の周りを取り囲むように配置された少なくとも１つの第１表面を有し、吐出部を位置決めするための少なくとも１つの供給装置からなる。第２処理面を有する可動処理部材が、繊維を含む繊維混合物を処理するための少なくとも１つの吐出部に対向して配置され、繊維を含む繊維混合物が吐出部を通過するときに、吐出部の第１処理面と、繊維混合物によって作用する可動処理部材の第２処理面の部分表面との間に、間隙状の処理ゾーンが形成されることを特徴とする。

本発明に係る方法は、少なくとも以下のステップを含む。

水または他の液体を含み、パルプまたは他の繊維を含む繊維混合物を提供するステップと、
前記可動処理部材を少なくとも１つの吐出部に対してあらかじめ定められた相対速度で相対的に移動させるステップと
繊維混合物を、所定の圧力で、少なくとも１つの吐出部によって押圧する押圧ステップと、
前記吐出部を前記可動処理部材に対して相対的に配置することにより、少なくとも１つの吐出部の第１処理面と、前記可動処理部材の第２処理面の部分表面（前記繊維混合物と接触する面）との間に、繊維を処理するための隙間型処理ゾーンを形成して、前記繊維混合物を処理する処理ステップ。

可動処理部材の第２処理面が吐出部または第１処理面に対して相対的に移動することにより、繊維混合物の繊維が隙間形状に形成された処理ゾーン内で処理される。ここで処理は、ナノ繊維の生成を含む、繊維のフィブリル化および／または短縮および／または繊維の結合容量の増加および／または分散を意味すると理解される。このようにして、粉砕または処理の強度を調整することができる。繊維処理の強度は、動作距離または処理ギャップ、および／または有効な処理面または処理セットの互いに対する相対速度、および／または処理セットの設計によって比較的良好に調整することができる。

本発明の大きな効果は、部分的に公知の構成要素を、エネルギー効率が高くなるように配置したため、特に、可動処理部材に配置された第２処理面の部分表面のみに繊維混合物が作用することにある。従来装置と比較して、第２処理面または可動処理部材の比較的小さな部分に繊維混合物を作用させることにより、アイドルパワーの大幅な低減を達成することができる。このように、装置の動作、特に加工体の駆動のための総エネルギー支出は、繊維混合物を「全面的に」作用させる場合と比較して、大幅に低減することができる。さらなる説明のために、本発明に係る実施例と比較して、図１Ａの例示的な、概略的な図を参照して、この点について説明する。

さらに、可動処理部材の回転数を高く設定したり、第１処理面と第２処理面の間の相対的な回転数を設定したりすることができ、その結果、導入される処理エネルギーが総エネルギー消費量に比べて相対的に高くなるため、繊維の非常に穏やかな処理が可能となる。本発明に係る装置は、種々の有機繊維および／または合成繊維を処理するのに適しているが、好ましくはパルプまたはセルロースである。物質の繊維混合物は、吐出部において繊維を含む繊維混合物に所定の圧力を印加するための少なくとも１つの供給装置を介して供給することができる。所定圧力は、処理ゾーン内の物質の繊維混合物の連続的な流れを生成し、処理ゾーン内の物質の繊維混合物の速度の変化を変化させる。

また、提示された装置によれば、可動処理部材の相対的な移動により、長いおよび／または十分に粉砕または処理されていない繊維および／または他の物質を処理ゾーンから排出することができ、装置の目詰まりを防止することができる。したがって、比較的多量の繊維混合物を処理することができ、また、処理された繊維混合物の均質性を高めることができる。方法の安全性も高まる。

さらに、使用される処理面は、処理される物質の繊維混合物の要件に比較的容易に適合させることができ、それにより、本発明に係る装置または方法により、同じ活性原理で分散剤または精製剤としての機能の両方を実現することができる。したがって、従来の分散機や精製機では2～35vol.%のストック濃度が一般的であるのに対し、0.1～35vol.%、場合によっては50vol.%までの非常に異なるストック濃度を処理することができる。その理由の１つは、処理ゾーンにおける繊維混合物の除去が、対応する２つの処理面の溝形状にそれほど強く依存せず、第１処理面に対する第２処理面の相対的な動きによって実質的に支持されるからである。非常に高いストックコンシステンシーのためには、状況によっては、従来の流体ポンプとしての供給装置の設計では不十分な場合があり、代替手段としてスクリューコンベアなどが有利な場合がある。

第１処理面および／または第２処理面、または他の処理面は、歯、ブレード、または同様に作用する突起を有していてもよく、本発明に係る装置が分散機として設計されている場合には、動作中に互いに協力的に係合し、一方、装置がリファイナーとして設計されている場合には、それらは、好ましくは、ブレードの列として互いに移動される。

また、本発明に係る装置は、複雑な構成要素が省略されているため、比較的簡単に製造して動作させることができ、安価に製造することができる。摩耗の対象となる部品は、比較的容易に入手でき、交換費用も安価であるため、稼働時間を大幅に延長することができる。さらに、少なくとも１つの吐出部は、装置が動作している間に変更または交換されてもよい。

繊維混合物は、処理ゾーンを出るときに非常に強く加速されるので、可動処理部材および／または吐出部の少なくとも一部を取り囲むハウジング内に容易に集めることができる。このように、可動処理部材のかなりの部分が繊維混合物と直接接触していない。そのため、可動処理部材を低抵抗で移動させることができ、アイドル電力の節約分だけ総消費電力を大幅に削減することができる。このことはさらに、繊維混合物の供給／排出に圧力ハウジングを使用する必要はなく、ストックキャッチャーのための単純な設計のハウジングで十分であることを示唆している。

さらに、可動処理部材が、駆動装置によって、吐出部の吐出部軸に対して実質的に横方向、好ましくは通常の方向に移動する方向に駆動可能に設計されていると有用である。

これは、可動処理部材の移動方向における「能動的」な、したがって制御可能な移動に対応する。吐出部の軸は、本質的には、吐出口の中心にある吐出部を通る想像上の長手方向の軸に対応している。この動きは、それによって、吐出部の吐出部軸に対して実質的に横方向、好ましくは通常の方向であり、駆動装置によって開始され、制御され得る。このようにして、処理ゾーン内の相対速度およびその結果としての処理強度のレベルを比較的容易に調整することができる。

上述したように、処理面、すなわち処理工具または処理セットにおけるいわゆるエッジ荷重、したがって処理中の繊維の短縮の程度は、可動処理部材の回転速度または第２処理面の相対速度によって効果的に影響を与えることができる。Brecht-Siewertによると、比刃荷重は、フライス加工の強度のための広く知られた測定値である。このように、特定のエッジ荷重は、特定のブレード／エッジ／溝の長さにわたって繊維混合物に導入されるエネルギーの量を示す強度パラメータとして理解される。処理強度は、純処理力の商と第二の刃先長さの商（J/m）から求められる。純処理力は、総処理力とポンプ力またはアイドル力との差に相当する。

エッジ荷重が高いほど繊維が短くなるのに対し、エッジ荷重が低いほどフィブリル化効果が高まる。速度を上げることでエッジ負荷を軽減し、逆に速度を下げることでエッジ負荷を上げることができる。このように、本発明によれば、加工繊維のあらかじめ定められた品質を比較的容易に設定することができる。したがって、駆動装置としては、電気モータやフライ油圧モータなど、任意の種類のモータが考えられる。

さらに、可動処理部材は、例えば、円盤状、円柱状、円錐状、または鎖状、帯状などのバンド状に回転対称に形成されていてもよい。

可動処理部材の形状の選択は、利用可能な空間条件、搬送量、駆動力等を考慮して当業者が行うことができる。したがって、特定の場合には、ベルト状の可動処理部材もまた、繊維混合物によって部分的にのみ衝突される有利なものとなり得る。回転対称の可動処理部材はまた、比較的簡単なタスク指向の構造を可能にし、また、いずれの場合も部分表面のみが繊維混合物に接触するので、過剰な量の駆動エネルギーを消費することなく、非常に安定した設計を行うことができる。

特に有利な実施形態はまた、可動処理部材が、好ましくは通常、吐出部に対して横方向に回転可能な円板として設計されている１つの実施形態である。

ディスクまたはプレートの設計では、低コスト調達、長寿命、低メンテナンス要件の利点を特にうまく利用することができる。また、このようなディスクは、必要に応じて摩耗した処理面のみを交換することができるように、別々に配置された処理面のための適切な受け皿を持つことができる。

さらに、少なくとも１つの供給装置が、吐出部軸の回転軸からのあらかじめ定められた半径方向の距離を設定するために、ディスクの回転軸に対して平行に移動可能に設計されていることを提供することができる。

この実施形態では、回転軸からの半径方向距離の関数としての異なる円周速度のために比較的容易に調整することができる、処理ゾーン内の相対速度を調整するための独立した、またはまた追加の可能性を可能にする。この手段は、駆動装置の速度制御に加えて、またはその代わりに提供することができ、フライス強度を調整するための更なる効果的な方法を提供する。

さらなる実施形態によれば、少なくとも第１処理面は、少なくとも１つ、好ましくは２つ以上のブレード列を備えることが可能である。

本発明を実施するためには、少なくとも１つの「ブレード」を備えた、すなわちエッジである第１処理面が必要である。第２処理面は、処理または加工中に繊維混合物の繊維に圧力衝撃を加えるための複数の歯のみを有していてもよい。しかしながら、好ましくはリファイナーとして設計された装置においてそうであるように、両方の処理面が複数のブレードの列を有する場合には、特に良好な処理、特に処理が達成され得ることが示されている。

さらに、第１処理面の少なくとも１つの列のブレードが閉じたリファイニングエッジを有していることが好適である。

リファイニングエッジのために、処理されるべき繊維の処理は、任意の溝、チャネルまたはフルートを通る繊維混合物の未処理の排出が、このようにしてより良く制御され得るか、または完全に回避され得る程度にまで改善され得る。この圧力衝撃および／または処理エッジ接触の強制は、処理効率の向上、すなわち繊維を加工する確率の向上に大きく寄与することができる。同様に、この手段は、加工された繊維の加工安定性および品質を向上させる可能性がある。

さらに、前記第１処理面は、前記移動方向の長手方向の延長が、前記移動方向の横方向および／または前記移動方向に対してよりも大きいことを備えることができる。

第１処理面の形状を最適化することにより、第１処理面の外周に沿った繊維混合物の排出口の均質化を図ることができる。このようにして、さらに、粉砕強度が、有効な第１処理面上の全方向において改善されてもよいし、実質的に等しくなってもよいので、処理された繊維混合物の均質性および／または品質が改善される。

さらに、第１処理面の少なくとも１つ、好ましくは２つ以上のブレード列が、吐出口に対して同心的に配置されていることが提供されてもよい。

この手段により、溝、流路、または流路を介した制御されない繊維混合物の排出を効率的に減少させることができるか、または回避することができる。ブレード列は、好ましくは、閉じたエッジラインを有することができ、この効果をさらに高めることができる。この圧力衝撃および／または処理ブレードの接触を強制することにより、処理効率の向上に大きく寄与することができる。

特定の実施形態によれば、第１処理面は、可動処理部材の第２処理面の繊維混合物と接触する部分副表面と実質的に相補的な形状であることが可能である。

特に、可動処理部材の内周面や外周面が円柱状や円錐状のように湾曲している場合には、この手段により、形成された処理領域からパルプ繊維混合物の排出口のホモジーン性を、パルプ繊維混合物に影響を与える凹凸のある部分表面にまで高めることができる。これは、第１処理面上の処理ゾーンで処理される繊維上の局所的な出口速度および／または粉砕強度を均質化することを決定的に助けてもよく、これは品質を向上させるのに役立つ。

有利なさらなる展開によれば、少なくとも１つの吐出部の端部部分が、吐出部の軸に対して少なくとも部分的に回転可能であり、好ましくは駆動可能に回転可能であることを提供することができる。

回転可能に取り付けられた吐出部の助けを借りて、例えば、繊維混合物が通過するときに、第１処理面の「受動的」な回転が、第１処理面の適切な設計を介して行われ得る。しかしながら、別個に駆動可能な、すなわち回転可能な端部セクションを形成することが特に有利であると考えられる。いずれの場合も、主に可動処理部材の移動方向に発生する第１処理面の摩耗は、段階的に、あるいは連続的に、「能動的に」あらかじめ設定され得る回転によって補償され得る。このようにして、第一処理面の摩耗を均一にすることができ、それによって寿命を延ばすことができる。さらに、処理済み繊維混合物の品質を連続的に安定して向上させることができる。

特に、少なくとも１つの位置決め装置が、少なくとも１つの吐出部の第１処理面と、可動処理部材の第２処理面の繊維混合物に影響を与える部分表面との間の作業距離を設定するために整列可能に設計されていると有利であり得る。

これは、単独で、または他の手段と組み合わせて、例えば、繊維混合物の相対速度および／または方法圧力の調整、および／または円盤状の可動処理部材の場合の半径方向の距離の調整のような方法で行うことができる。

特に、隙間形状の処理領域に形成された処理強度を調整するために、可動処理部材の相対速度を制御することが有利である場合がある。同様に、少なくとも１つの吐出部と繊維混合物に露出する対応する部分表面との間の作業距離または処理ギャップが、少なくとも位置決め装置によって可動処理部材にあらかじめ定められた圧力を設定するために調節されることが有利であり得る。
少なくとも位置決め装置によって 前記第１処理面は、前記第２処理面と直接接触していない。圧力、すなわち接触圧力は、あらかじめ決定可能な方法圧力を有する繊維混合物の局所的な流れが「フローティング」を引き起こし、場合によっては制御されていない処理ゾーンの形成を引き起こす可能性があるので、作業距離の特定の設定、ひいては定義された処理ゾーンの設定を引き起こす可能性がある。このように、処理済み繊維混合物の排出速度に影響を与えることができるため、ギャップ状の処理ゾーンの粉砕強度を目標に合わせて調整することができる。

さらに、少なくとも２つの吐出部が、可動処理部材に対して円周方向および／または径方向に対称に配置されていることを備えてもよい。

共通の可動処理部材でそれぞれの処理ゾーンを形成する複数の吐出部を配置することにより、繊維混合物のスループットを大幅に向上させることができる。これは、必要に応じて、１つ以上のコンセント要素を運転中に比較的容易に「スイッチオン／オフ」することができ、個々のコンセント要素のメンテナンス作業さえも可能であるので、特に有利である。さらに、この手段は、方法圧力および／または接触圧力によって可動処理部材に加えられるあらゆる曲げモーメントを減少させるか、または完全に補償するために使用することができる。これにより、より安定した低メンテナンス性の高い装置を実現することができる。

さらに、少なくとも１つの第２吐出部が第１吐出部と実質的に対向して配置され、ここで、第１吐出部は、可動処理部材の第２処理面と係合し、それぞれの対応する第２吐出部は、第２処理面と対向する第３処理面と係合していることを提供することができる。

また、共通の可動処理部材と処理ゾーンを形成する複数の吐出部をそれぞれ形成することで、繊維混合物のスループットを大幅に向上させることができる。２つの対応する吐出部を対向して配置することにより、例えば、可動処理部材の駆動軸または可動処理部材自体の曲げモーメントの完全な補正まで、曲げモーメントの低減が実現される。この手段は、対応する吐出部の部分表面が第２処理面および第３処理面で互いに本質的に対向することを条件に、帯状の可動処理部材の場合と、円柱または円盤のような回転対称の可動処理部材の場合との両方で有利であり得る。

同様に、少なくとも２つの吐出部が、可動処理部材の移動方向に沿っておよび／または可動処理部材の移動方向に対して実質的に正常に配置されていることを提供してもよい。また、吐出部が少なくとも一方向に千鳥状に、すなわち互いにオフセットされていることも考えられる。複数の吐出部を配置することで、１つの共通の可動処理部材のみを使用して生産性を高めることができる。この利点は、第２および第３処理面上に互いに対向して配置された前記吐出部の設計に類似しており、可動処理部材を駆動するための消費電力が僅かに増加するだけであるか、あるいは無視できる程度であるという事実から、何よりも明らかである。その結果、大量の繊維混合物を同時に処理することができ、非常にエネルギー効率が高く、費用対効果の高い方法で処理することができる。このように、複数の吐出部を円柱に沿って、あるいは円錐形に沿って配置することは容易に考えられる。原理的には、アウトレットエレメントはまた、第２処理面、例えばシリンダの外面上に互いに対向して配置することができ、それによって加工体の駆動軸上の曲げモーメントの補正を行うことができる。同様に、吐出部を円盤の周方向に配置することも考えられるが、これは円盤に同様の効果をもたらす。

いずれにしても、吐出部の数の増加は、第２および／または第３処理面の総表面上の部分領域の実質的な増加をもたらすことができ、これは、本発明によれば、無負荷パワーの比較的低い増加を伴う。

さらに、複数の吐出部はまた、共通の調整装置および／または位置決め装置と関連付けることができ、これは非常に好ましい設計をもたらす。

有利には、少なくとも可動処理部材が、少なくとも１つの接触および／または非接触シール要素、好ましくはメンテナンスフリーのラビリンスシールによって、駆動装置によってハウジングからシールされるように配置されていることを提供することができる実施形態もある。

本発明に係る装置の比較的単純な構造のために、複雑な封止ソリューションは不要である。繊維混合物質の処理は、方法圧力をかけて行うが、一般的には、排出後の繊維混合物質は大気圧に曝されるだけである。処理された繊維混合物を収集するために、ハウジングは、繊維混合物に露出した少なくとも部分表面、好ましくは可動処理部材全体を環境から遮蔽することが有利である。ハウジングの開口部、例えばアウトレットエレメントやドライブシャフトなどのシールには、例えば、単純な接触ゴムシールを使用することができ、また、当業者に知られているようなセルフシールでメンテナンスフリーのラビリンスシールを使用することもできる。これにより、特にメンテナンス間隔が長く、製造コストを低く抑えることができる。

処理された繊維混合物を収集および／またはさらに処理するための収集容器がハウジングに関連していると有利であることが見出されている。特定のケースでは、ハウジングの実質的に完全な密閉は、負圧または正圧下で処理チャンバを配置するために、または不活性ガス雰囲気をその中に形成するために有利であり、それによって処理された繊維混合物の物質の品質に特に影響を与えることができる。

さらなる発展によれば、物質の繊維混合物が提供される前に、物質の繊維混合物の化学的および／または酵素的および／または機械的な前処理が行われることが可能である。

化学的および/または酵素的前処理により、繊維成分の崩壊に特別な影響を与えることができ、それにより繊維の処理または処理、特に混和を促進することができる。このような前処理は、外部装置またはこの目的のために設けられた位置決め装置のセクションで行うことができる。同様に、あらかじめ定められた繊維長または繊維長および／または繊維径の分布を設定するための機械的前処理が考えられる。このような機械的前処理、例えば選別、スクリーニング等は、当業者には十分に知られている。このように、適切な前処理は、処理された繊維混合物の品質を向上させるために使用することができ、本発明に係る方法に組み込むことができる。

さらに、プレススルーと加工の工程ステップが、加工された繊維混合物の少なくとも一部で繰り返されると、有用である場合がある。

処理された物質の繊維混合物の品質および均質性は、繊維を含む物質の繊維混合物を繰り返し処理することによって増加させることができる。ここで、通路の処理された繊維混合物の少なくとも一部、あるいは全量を装置に再供給することが考えられる。この場合、収集容器と位置決め装置との間の循環システムは、あらかじめ定義可能な繊維径および／または長さの分布を達成するために非常に容易に使用することができる。特定の場合には、処理されて再供給される物質の繊維混合物の液体成分を、例えば水を加えることによって調整することが有利である。繊維成分の特に微細なパルプ化は、ここでは比較的低いエネルギーおよび／または圧力の支出で達成され得る。

先行技術に従った繊維を処理するための装置を通る概略断面図である。 本発明に従った繊維を処理するための装置を通る概略断面図である。 図２動作原理を説明するための、吐出部とそれぞれの処理面を有する可動処理部材を通した概略断面図である。 図３Ａは、円周方向に第１表面に間隔をあけて配置された２つの吐出部を有する装置の概略断面図である。 図３Ｂは、第１表面に配置された吐出部と、第１表面の反対側の第２表面に配置された吐出部とを有する装置の概略断面図である。 図４Ａは、いくつかの吐出部を配した円柱状の可動部材を示す概略断面図である。 図４Ｂは、いくつかの吐出部を配した円錐状の可動部材を示す概略断面図である。 図４Ｃは、いくつかの吐出部を配した帯状の可動部材を示す概略断面図である。 図５Ａは、移動方向に大きく延びる第１処理面を有する吐出部の概略構成図である。 図５Ｂは、底面図では同心円状に配置されたブレードの列を備えた吐出部の概略構成図である。 図５Ｃは、形状相補的な第１処理面を有する吐出部の概略構成図である。 図６は、回転可能な端部セクションを有する吐出部の設計可能な実施形態の概略断面図である。 繊維を処理するための装置の可能な配置の概略的な全体図である。

本発明に係る装置または方法の少なくとも一部の検出、制御、および監視のため、１つ以上のセンサを使用することができるが、そのようなセンサは、当業者に知られているので、詳細には説明しない。

導入の方法として、異なる記載の実施形態では、同じ部品には同じ参照符号または同じ構成要素の表示が与えられており、それによって、本明細書全体に含まれる開示は、同じ参照符号または同じ構成要素の表示を持つ同じ部品にも準用できることに留意すべきである。また、本明細書において選択された位置表示、例えば、上、下、側面等は、直接説明・図示された図を参照したものであり、これらの位置表示は、位置が変更された場合には、その位置が変更された位置に準用されるものである。

図１Ａは、ダブルディスクリファイナーの概略図である。図１Ａは、従来の公知の処理装置の機能原理を説明するためのものであり、この機構では、回転するリファイニング面または処理セットを移動させるために非常に大きなエネルギーを消費しなければならない。この図の例では、繊維混合物２は、供給部３２を介して圧力ハウジング３３内に供給される。ロータ３４は、ロータ３４の表面全体に渡って延設された両側のステータ３５に対向して、回転可能に配置され、処理ゾーン１６を形成する。繊維混合物２の動きは、矢印で模式的に示されている。わかりやすいように、繊維混合物２に触れる表面３６はドットで示されている。この図から非常に容易に分かるように、処理工程で使用される両方のリファイニング工具、すなわちロータ３４とステータ３５の可動面３６全体に繊維混合物を行き渡ることが必要である。使用されるリファイニング工具は一般的に非常に複雑で、場合によっては複雑な設計になっている。さらに、ロータ３４のシャフト３４はもちろんのこと、ロータ３４の側面または外面、ステータ３５の側面または外面のような、処理工程において有効でない二次的な表面もまた、繊維混合物２に完全に接触する、すなわち、圧力ハウジング３３内の処理圧力を完全に受ける。これにより、従来の装置では、消費電力または要求されるアイドル電力が非常に高い。また、ここでは図示していないが、ドラム配置またはコーン配置を備えたリファイナーの表面にも同様に圧力が印加される。

図１Ａに示すように、従来の装置においては、処理された繊維混合物２または繊維５は排出口３７を通って排出されるが、排出口３７までは、繊維混合物２または処理された繊維５は一般に処理圧力１５に曝され、そのため、より詳細には図示されていないが、時には非常に複雑なシール部材３０が圧力ハウジング３３をシールするために必要となる。

本発明によれば、図１Ｂに例示したように、可動処理部材７が設けられ、第２処理面９の部分表面１０にのみ、繊維混合物２が作用する。繊維混合物が衝突する第２処理面９の部分表面１０は、対向する第１処理面８に実質的にサイズおよび／または形状が対応する。図１Ｂから分かるように、繊維３を含む繊維混合物２の処理のために、第２処理面９を有する共通の可動処理部材７が、少なくとも１つの吐出部１１に対向して配置されている。この実施形態では、２つの吐出部１１は、円板２２としての可動処理部材７の回転軸２４から半径方向に対称な位置に間隔をおいて配置されている。繊維３を含む繊維混合物２が２つの吐出部１１を通過すると、吐出部１１の第１処理面８と可動処理部材７の第２処理面９の繊維混合物衝撃部分表面１０との間に、それぞれの間隙形状の処理ゾーン１６が形成される。

図１Ａと図１Ｂとを比較することにより、可動処理部材７の全表面のうちの僅かな部分のみ、すなわち第２処理面９の部分表面１０のみが繊維混合物に触れるという本発明の考え方を比較的容易に理解することができる。第２処理面９上に破線で示された円形の部分には、繊維混合物２または繊維５の一部が「巻き込まれうる」ことを示している。

しかしながら、先行技術と比較して、本発明に係る繊維処理装置１のアイドル電力は、第２処理面９上の処理済み繊維混合物５のごく一部だけを加速するので、繊維処理装置１の消費電力の上昇は無視できる程度であり、繊維混合物５は、遠心力によってハウジング２８の壁に向かって搬送される。繊維混合物２を通過させるための少なくとも１つの吐出部１１は、それぞれの場合において、吐出口１２と、吐出口１２を周方向に取り囲むように配置された少なくとも１つの第１処理面８とを有する。図１Ｂでは、理解が容易になるように、位置決め装置１８、１９、駆動装置２０等の図示を省略している。動作モードおよび言及された要素の可能な配置の説明については、図２から図７の議論を参照されたい。

処理ゾーン１６における繊維３の処理中の工程を明確にするために、図２を参照して説明する。可動処理部材７は、少なくとも１つの吐出部１１に対向して配置され、それにより、吐出部１１または第１処理面８と可動処理部材７の第２処理面９の部分表面１０との間に、繊維混合物２に露出している間隙状の処理ゾーン１６が形成される。

図２に模式的に示されているように、繊維混合物２は、液体成分に加えて特にパルプ４またはセルロースからなる繊維３を含む。繊維混合物２は、あらかじめ定められた処理圧力１５で吐出部１１によってプレスされる。それにより、可動処理部材７は、例えば「受動的」に相対移動することができ、処理済み繊維混合物または処理済み繊維５を処理ゾーン１６から移動方向２３に排出することができる。同様に、可動処理部材７を、例えば図３Ａ、図３Ｂまたは図７に示すように、駆動装置２０によって移動方向２３に「能動的に」動かしてもよい。繊維３を含む繊維混合物２が吐出部１１を通過すると、繊維３は、主に、隙間形状の処理ゾーン１６内の圧力によって処理される。

繊維３へのこれらの圧力は、第１処理面８と第２処理面９の相対的な動き、そして特に、それぞれの表面に配置された歯、ブレード、ブレード列２６、または同様の機能を有する要素によって引き起こされる。

図１に関連して図２から非常によくわかるように、図４から図６と同様に、可動処理部材７の相対的な運動は、第１処理面８および／または第２処理面９、第３処理面１３の任意の溝２９の目詰まりを回避するために使用される。

図１Ｂの例示的な実施形態は、円板２２として設計された可動処理部材７を表している。この場合、可動処理部材７は、回転軸２４に対して回転可能または移動可能に取り付けられている。吐出部１１は、吐出口１２の中心にある吐出部１１を通る架空の長手方向軸に実質的に対応する吐出部軸２１を有している。図１Ｂおよび／または図３と図７とを組み合わせた図２から特によくわかるように、処理ゾーン１６内の相対速度２７は、特に、吐出部軸２１と回転軸２４との間の半径方向距離２５によって調整することができる。

図２、図１Ｂ、および図３から図７の構成を見ると、可動処理部材７は、移動方向２３に吐出部１１を通過するように案内されていることが分かる。この相対移動は、好ましくは実質的に横方向、特に好ましくは吐出部軸２１に対して垂直方向に行われる。

吐出部１１を位置決めするための位置決め装置１８の設計は、図３、図４および図７に例示的に示されており、図１Ｂ、図２および図５にも類推的に適用することができる。特に図３ＡおよびＢから分かるように、位置決め装置１８は、少なくとも１つの吐出部１１を可動処理部材７の方向および／または横方向に移動させるために使用することができる。特に、このような位置決め装置１８は、作業距離１７を調整するために使用することができる。

図３Ａ～３Ｃにおいて、装置１は、２つ以上の吐出部１１が可動処理部材７に対して相対的に配置された状態で模式的に示されている。図３Ａは、可動処理部材７の第２処理面８の回転軸２４から対称的に間隔をおいて配置された２つの吐出部１１を示している。図３Ｂでは、２つの吐出部１１が、可動処理部材７の第２処理面８および第３処理面９のそれぞれにおいて、互いに実質的に対向して対称的に配置されている状況が模式的に示されている。可動処理部材７を円板２２として形成することにより、図３Ａおよび図３Ｂに示された実施形態では、円板２２における任意の曲げモーメント、ひいては回転軸２４を補償することができる。少なくとも１つの吐出部１１の供給は、それぞれの場合において、別個の供給装置１９を介して、または繊維３を含む繊維混合物２を供給するための共通の供給装置１９を介して達成することができる。簡単にするために、そのような供給装置１９は、図１、図２、図４および図５には示されていない。本発明によれば、可動処理部材７は、図１Ｂ～図３および図４Ａ、４Ｂまたは図７に例示されるように、円柱またはドラムまたは円錐または円盤２２のような回転対称体として設計することができる。あるいは、図４Ｃに模式的に示されるように、可動処理部材７を、例えば鎖や帯のような形態で形成することも可能である。特に、図３および図４から、複数の吐出部１１が、共同使用される可動処理部材７に関連付けられることができることが分かる。これにより、図３、図４および図７から分かるように、可動処理部材７は、駆動装置２０に接続することができる。このような駆動装置２０は、例えば、油圧モータまたは空圧モータとして設計することができ、特に好ましくは電動モータとして設計することができ、速度制御を行うことができる。

図３、図４および図７に模式的に示された位置決め装置１８は、少なくとも１つの吐出部１１と、繊維混合物２によって作用する可動処理部材７の第２処理面９または第３処理面１３の部分表面１０との間の作業距離１７を設定するための整列可能または位置合わせ可能なように設計することができる。このような位置決め装置１８によって、円板２２として形成された可動処理部材７の回転軸２４からの吐出部１１の半径方向の距離２５は、図１ｂ、図２および図７と組み合わせて特によく見られるように、必要に応じて調整することもできる。また、共通の位置決め装置１８によって、複数の吐出部１１が可動処理部材７に対して相対的に一緒に配置され得ることも考えられる。さらに、図３および図４から分かるように、少なくとも２つの吐出部１１は、可動処理部材７に対して周方向および／または半径方向および／または長手方向に相対的に配置することができる。吐出部１１は、第２処理面８および／または第３処理面９上に、互いに対称的および／または相対的にオフセットして配置されてもよい。

図示されていないが、シリンダ、コーン、バンクまたはチェーン上の特定の実施形態では、少なくとも第２吐出部１１が第１吐出部１１と実質的に対向して配置され、ここで、第１吐出部１１または第１処理面８が可動処理部材７の第２処理面９上に配置され、対応する、第２吐出部１１が第２処理面９と対向する第３処理面１３上に配置されている。この状況は、図３Ｂから円板２２として形成された可動処理部材７について明らかであり、当業者によって他の回転対称および／またはベルト状の可動処理部材７に外挿することができる。

図５Ａ～Ｃおよび図６において、複数の吐出部１１は、様々な可能な実施形態で示されている。

図５Ａは、第１処理面８を有する吐出部１１の底面図を模式的に示しており、この第１処理面８は、横断面方向や、移動方向２３に逆行する方向よりも、移動方向２３側に、より大きく延設されている。

第１処理面８上のブレード、スパイク、または他の突起は、分離装置またはリファイナーのような所望の用途に応じて当業者が選択することができる。アナログ的には、これはまた、個別に図示されていない第２および／または第３処理面９，１３にも当てはまる。図示された実施例では、吐出口１２を取り囲んで外側に分布する複数の列のブレード２６が、溝２９によって互いに間隔をあけて配置されている。このような第１処理面８を使用する場合、その形状は、当業者によって、可動処理部材７のそれぞれの用途および形状に応じて最適化することができる。以上説明したように、処理ゾーン１６は、第１処理面８と第２処理面９の対応する繊維混合物が接触する部分表面１０との間に実質的に形成されることが好ましい。

図５Ｂは、底面図において第１処理面８を有する吐出部１１の同様の実施形態を示しており、ここで、ブレード２６の列はそれぞれ連続した、したがって閉じたリファイニングエッジを有する。さらに、溝２９によって互いに離間しているブレード列２６が同心円状に配置されていることは、図から明らかである。

図５Ａおよび５Ｂから非常によくわかるように、第１処理面８の円周に沿った繊維混合物出口６のフロモジェナイズは、第１処理面８の適切な設計、特にその幾何学的および／またはブレードの配置によって達成され得る。パルプ繊維混合物排出口６は、移動矢印で示されている。

図５Ｃは、吐出口１２を取り囲む第１処理面８の吐出部１１と、湾曲した可動処理部材７とを通る概略断面図である。第１処理面８は、可動処理部材７の部分表面１０または繊維混合物２によって作用する第２処理面９と実質的に相補的な形状となるように設計されている。特に、図５Ｃで特に好ましく見られるように、第１処理面８の凹状および凸状の形状が考えられる。

図６において、吐出部１１のさらなる可能な実施形態の概略断面図が示され、ここで、吐出部１１は、回転可能な端部部分１４を有する。この端部部分１４は、メンテナンスを容易にするために、容易に交換できるように設計されていてもよい。同様に、そのような端部部分１４は、「受動的に」または「能動的に」回転可能であり得、ここで、「能動的に」回転は、図示しない回転装置によって実行され得る。第１処理面８のあらゆる摩耗、特に移動方向２３の摩耗は、第１処理面８の円周上での端部部分１４の増分的および／または連続的な回転によって均質化され得ることは、図６から容易に理解されるであろう。

本発明によれば、図５Ａ～５Ｃおよび図６に示された吐出部１１およびそれらの議論は、図１Ｂ、図２、図３、図４および図７の説明に含まれてもよい。同様に、それらの組み合わせは、本発明の範囲内であり、簡潔さのために、別々に議論されないが、参照は、対応する議論に援用される。

図７は、本発明に係る装置１の概略的な概要を示す図である。ここで、２つの吐出部１１は、可動処理部材７に対して相対的に配置されている。各吐出部１１の位置決めは、送り装置１８によって行われる。繊維混合物２の供給は、供給装置１９を介して行われ、円板２２の形態の可動処理部材７は、駆動装置２０によって移動方向２３に駆動される。

図７から分かるように、装置１は、開放状態で示されるハウジング２８を有している。ハウジング２８は、主に、処理中に材料を受け止める役割を果たし、少なくとも駆動装置２０に対して１つ以上のシール要素３０によってシールすることができる。このようなシール部材３０は、図３にも例示されており、接触式または非接触式の設計であってもよい。被処理物繊維混合物または処理後の繊維５は、集塵容器３１に受け取られる。同様に、循環原理を実施するために、供給装置１９が収集容器３１に接続されていることも考えられる。

本発明の文脈では、個々の方法ステップはまた、自動化され、好ましくは、図示しない中央のシステム制御を介して制御され得る。また、装置１を監視・制御するためのコントロールパネルやタッチパネルでの操作も想定されている。

このように、繊維長および／または繊維断面積および／またはそれらの分布のあらかじめ定められた分布の設定は、ユーザによって指定され、システム制御手段によって規制されることができる。また、処理済み繊維５の少なくとも一部を繰り返し通過させることは、処理済み繊維５の流動性および／または品質を調整するために使用することができる。

繊維混合物の繊維含有量は、処理後の繊維５の品質に影響を与える可能性がある。本発明の装置１および対応する方法により、0.1～約35vol.%、好ましくは1～約20vol.%の繊維含有量を有する懸濁液、すなわち繊維混合物２を、より簡単かつ簡単に処理することができる。最大50vol.%、あるいはそれ以上の繊維含有量も扱うことができる。この場合、当業者は、このような高い繊維含有量を有する繊維混合物２を搬送することができる適切な供給装置１９が必要であるかもしれない。例えば、送りねじ機構は、この目的に特に適している。

具現化例は、可能な具現化のバリエーションを示しているが、ここで注意すべきことは、本発明は、特に図示された具現化のバリエーションに限定されるものではなく、個々の具現化のバリエーションの様々な組み合わせも可能であり、このバリエーションの可能性は、本発明による技術的作用のための指導のために、この技術分野で活動する熟練者の能力の範囲内にあるということである。

保護の範囲は、請求項によって決定される。しかし、特許請求の範囲の解釈については、明細書および図面を参照されたい。示され、記載されている実施形態の異なる例からの個々の特徴または特徴の組み合わせで示され、記載されている実施形態の異なる例は、それ自体が独立した発明的解決策を構成することができる。独立した発明的解決策の根底にある課題は、明細書から採ることができる。

本明細書における値の範囲の全ての表示は、その全てのサブレンジを含むものとして理解されるべきである。例えば、1～10という記載は、下限値1から始まり上限値10に終わる全てのサブレンジを含むものとして理解されるべきであり、すなわち、下限値1以上で始まり、上限値10以下で終わる全てのサブレンジを含むものとして理解されるべきである。例えば、1～1.7、または3.2～8.1、または5.5～10などといったサブレンジがこれに含まれる。

最後に、構造および処理をよりよく理解するために、構成要素は、部分的に縮尺なしで示されたり、拡大または縮小されていることに留意すべきである。

１ 繊維処理装置
２ 繊維混合物
３ 繊維
４ パルプ
５ 処理された繊維混合物
６ 繊維混合物排出口
７ 可動処理部材
８ 第１表面
９ 第２処理面
１０ 繊維混合物がぶつかる部分表面
１１ 吐出部
１２ 吐出口
１３ 第３表面
１４ 端部
１５ 方法圧力
１６ 処理ゾーン
１７ 動作距離
１８ 位置決め装置
１９ 供給装置
２０ 駆動装置
２１ 吐出部軸
２２ ディスク
２３ 移動方向
２４ 回転軸
２５ 半径方向距離
２６ ブレード列
２７ 相対速度
２８ ハウジング
２９ グルーブ
３０ シーリングエレメント
３１ 収集コンテナ
３２ 繊維混合物の供給
３３ 圧力ハウジング
３４ ロータ
３５ ステータ
３６ 繊維混合物が供給される第１、第２処理面
３７ 繊維混合物排出口

Claims (21)

1. 繊維混合物の繊維を処理する繊維処理装置であって、
   吐出口と、該吐出口の周囲に円周方向に配置された少なくとも１つの第１処理面とを有する、繊維混合物を通過させるための少なくとも１つの吐出部と、
   前記吐出部を位置決めするための少なくとも１つの位置決め装置と、
   を備え、
   繊維混合物を処理するために、
   第２処理面を含む可動処理部材が、前記少なくとも１つの吐出部に対して対向して配置され、
   前記吐出部は、前記第２処理面の部分表面にのみ繊維混合物が作用するように配置され、
   繊維混合物が前記吐出部を通過する際に、前記吐出部の前記第１処理面と可動処理部材の第２処理面の部分表面との間に隙間処理ゾーンが形成され、
   前記第１処理面が、１列、または２列以上のブレードを有し、
   前記第１処理面の少なくとも１列のブレードが、閉じたリファイニングエッジを有する繊維処理装置。
2. 駆動装置によって、前記少なくとも１つ吐出部の吐出方向に対して直交する方向に駆動されるように、前記可動処理部材が構成されている請求項１に記載の繊維処理装置。
3. 前記可動処理部材は、円盤状、円柱状または、円錐状のような回転対称に形成され、または、チェーンやベルトのように、帯状に形成された請求項１または２に記載の繊維処理装置。
4. 前記可動処理部材は、前記吐出部からの吐出方向に対して直交する方向に回転可能な円盤形状に形成された請求項１から３のいずれか１項に記載の繊維処理装置。
5. 前記少なくとも１つの位置決め装置は、前記可動処理部材の回転軸から前記吐出部までの半径方向の距離を設定するため、円盤形状に形成された前記可動処理部材の前記回転軸に対し、平行に移動可能に形成された請求項４に記載の繊維処理装置。
6. 前記可動処理部材は、前記吐出部の軸に対して垂直な駆動方向に駆動ユニットにより駆動可能に形成され、
   前記第１処理面は、前記駆動方向とは逆の方向よりも、前記駆動方向側に、より長く延設された請求項１から５のいずれか１項に記載の繊維処理装置。
7. 前記第１処理面のブレード列が、吐出口に対して、同心円状に配置される請求項１から６のいずれか１項に記載の繊維処理装置。
8. 前記第１処理面が、前記繊維混合物と共に適用される前記可動処理部材の前記第２処理面の部分表面と実質的に相補的な形状に設計されている請求項１から７のいずれか１項に記載の繊維処理装置。
9. 少なくとも１つの吐出部の端部が、吐出部軸の周りに少なくとも部分的に回転可能に、または駆動可能に設計されている請求項１から８のいずれか１項に記載の繊維処理装置。
10. 前記少なくとも１つの位置決め装置が、前記少なくとも１つの吐出部の第１処理面と前記第２処理面の前記部分表面との間の動作距離を設定できるように設計されている請求項１から９のいずれか１項に記載の繊維処理装置。
11. 前記可動処理部材は、円盤状であって、
    前記少なくとも２つの吐出部が、前記可動処理部材の回転軸に対して、回転対称な位置に配置され、または、
    前記少なくとも２つの吐出部が、前記可動処理部材の半径に対して、線対称な位置に配置された請求項１から１０のいずれか１項に記載の繊維処理装置。
12. 第２吐出部が、前記第２処理面に対向する第１吐出部に対して前記可動処理部材を挟んで逆側に配置されており、前記第２吐出部が、前記第２処理面に対向する第３処理面に割り当てられている請求項１から１１のいずれか１項に記載の繊維処理装置。
13. 前記可動処理部材は、円盤状であって、前記少なくとも２つの吐出部は、円盤状の前記可動処理部材の同じ面側であって、前記可動処理部材の回転軸を中心として点対称の位置であり、前記可動処理部材の回転軸を挟んだ位置に配置され、
    または、
    前記可動処理部材は、円盤状であって、前記少なくとも２つの吐出部は、円盤状の前記可動処理部材の対向する２つの面に前記繊維混合物を吐出するようにそれぞれ配置され、
    あるいは、
    前記可動処理部材は、ベルト状であって、前記少なくとも２つの吐出部は、それぞれの吐出方向が、前記可動処理部材の移動方向に対して垂直をなすように配置された請求項１に記載の繊維処理装置。
14. 前記可動処理部材が接触シール部材または非接触シール部材もしくはメンテナンスフリーのラビリンスシールによってハウジングから密閉された状態で配置された請求項１から１３のいずれか１項に記載の繊維処理装置。
15. 繊維混合物の繊維を処理する繊維処理方法であって、
    請求項１から１４のいずれか１項に記載の繊維処理装置を用意するステップと、
    水または他の少なくとも１つの液体と、パルプまたは他の繊維とを含む繊維混合物を提供するステップと、
    少なくとも１つの吐出部に対して可動処理部材を所定の相対速度で相対的に移動させるステップと、
    繊維混合物を、所定の圧力で、少なくとも１つの吐出部によって押圧する押圧ステップと、
    前記吐出部を前記可動処理部材に対して相対的に配置することにより、少なくとも１つの吐出部の第１処理面と、前記可動処理部材の第２処理面の部分表面（前記繊維混合物と接触する面）との間に、繊維を処理するための隙間型処理ゾーンを形成して、前記繊維混合物を処理する処理ステップと、
    を含む繊維処理方法。
16. 前記可動処理部材が、駆動装置によって、前記吐出部の吐出方向に直交する方向に移動する請求項１５に記載の繊維処理方法。
17. 前記可動処理部材の相対速度を、隙間型処理ゾーンにおける処理強度を設定するために調整するステップをさらに備えた請求項１５または１６に記載の繊維処理方法。
18. 少なくとも１つの位置決め装置によって可動処理部材に印加する圧力を設定するため、前記少なくとも１つの吐出部の前記第１処理面と、繊維混合物がぶつかる第２処理面の部分表面との間に動作距離が設定される請求項１５から１７のいずれか１項に記載の繊維処理方法。
19. 繊維混合物を提供する前に、繊維混合物に対して、化学的および／または酵素的および／または機械的前処理を行う請求項１５から１８のいずれか１項に記載の繊維処理方法。
20. 前記押圧ステップおよび処理ステップは、繊維混合物の少なくとも一部と一緒に繰り返される請求項１５から１９のいずれか１項に記載の繊維処理方法。
21. 前記押圧ステップの間、吐出部の端部が吐出部軸の周りに回転する請求項１５から２０のいずれか１項に記載の繊維処理方法。

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